Question

7．1943 年，愛國實業(yè)家侯德榜發(fā)明了“聯(lián)合制堿法”，如圖是聯(lián)合制堿法的簡單流程：

（1）純堿固體是離子（填“離子”、“分子”或“原子”）晶體．組成該物質(zhì)的元素原子的半徑從大到小依次為Na＞C＞O．
（2）寫出反應（1）的化學反應方程式CO₂+H₂O+NaCl+NH₃=NaHCO₃↓+NH₄Cl．
（3）操作 X 的名稱過濾．
（4）產(chǎn)品 A 的化學式是NH₄Cl，由溶液 B 得到產(chǎn)品 A，需要在溶液 B 中通入 NH₃、冷凍、加食鹽，其中通入 NH₃的作用是增大NH₄⁺ 的濃度，使 NH₄Cl 更多地析出；使 NaHCO₃ 轉(zhuǎn)化為溶解度更大的 Na₂CO₃，提高析出的 NH₄Cl；
（5）工業(yè)生產(chǎn)的純堿常會含少量 NaCl 雜質(zhì)．現(xiàn)用重量法測定其純度，步驟如下：
①稱取樣品 a（g），加水溶解；
②加入足量的 BaCl₂溶液；
③過濾、洗滌、烘干、冷卻、稱量．
④恒重操作，最終得到固體 b（g）．
補全上述實驗步驟；樣品中純堿的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{106b}{197a}$（用含 a、b 的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 聯(lián)合制堿法：以食鹽、氨和二氧化碳為原料來制取純堿，將氨通入飽和食鹽水而成氨鹽水，再通入二氧化碳生成碳酸氫鈉沉淀，反應1：CO₂+H₂O+NaCl+NH₃=NaHCO₃↓+NH₄Cl，經(jīng)過濾（操作 X ）、洗滌得NaHCO₃微小晶體（晶體A），再煅燒（反應2）制得純堿產(chǎn)品，其濾液（溶液B）是含有氯化銨和氯化鈉的溶液，從含有氯化銨和氯化鈉的濾液中結(jié)晶沉淀出氯化銨晶體，由于氯化銨在常溫下的溶解度比氯化鈉要大，低溫時的溶解度則比氯化鈉小，在低溫條件下，向濾液中加入細粉狀的氯化鈉，并通入氨氣，可以使氯化銨單獨結(jié)晶沉淀析出，經(jīng)過濾、洗滌和干燥即得氯化銨產(chǎn)品．
（1）離子晶體是陰陽離子以離子鍵結(jié)合形成的晶體；由分子構(gòu)成的物質(zhì)為分子晶體；由原子構(gòu)成的物質(zhì)且以共價鍵形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)為原子晶體；
（2）二氧化碳和水結(jié)合生成碳酸，氨氣和水結(jié)合生成一水合氨，碳酸和一水合氨反應，鈉離子和碳酸氫根離子結(jié)合生成碳酸氫鈉沉淀；
（3）固液分離的方法為過濾；
（4）經(jīng)過濾（操作 X ）、洗滌得NaHCO₃微小晶體（晶體A），其濾液（溶液B）是含有氯化銨和氯化鈉的溶液，通入 NH₃，增大NH₄⁺ 的濃度，使 NH₄Cl 更多地析出，使 NaHCO₃ 轉(zhuǎn)化為溶解度更大的Na₂CO₃，提高析出的NH₄Cl；
（5）通過稱量沉淀碳酸鋇的質(zhì)量，根據(jù)原子守恒來計算樣品中純堿的質(zhì)量分數(shù)，需洗滌沉淀，除去雜質(zhì)離子，且需干燥，恒重，樣品中純堿的質(zhì)量分數(shù)，根據(jù)碳守恒計算．

解答 解：（1）純堿是碳酸鈉的俗稱，是由鈉離子和碳酸根離子構(gòu)成的鹽，鈉離子、碳酸根離子間存在離子鍵，屬于離子晶體，原子電子層數(shù)越多，其原子半徑越大，鈉原子核外三層電子，碳、氧原子兩層電子，所以原子的半徑從大到小依次為：Na＞C、O，同一周期元素，原子半徑隨著原子序數(shù)增大而減小，所以C＞O，所以元素原子的半徑從大到小依次為Na＞C＞O，
故答案為：離子；Na＞C＞O；
（2）以食鹽、氨和二氧化碳為原料來制取純堿，將氨通入飽和食鹽水而成氨鹽水，再通入二氧化碳生成碳酸氫鈉沉淀，碳酸氫鈉的溶解度比碳酸鈉小，所以發(fā)生NH₃+CO₂+H₂O═NH₄HCO₃；NH₄HCO₃+NaCl═NaHCO₃↓+NH₄Cl，即反應1：CO₂+H₂O+NaCl+NH₃=NaHCO₃↓+NH₄Cl，
故答案為：CO₂+H₂O+NaCl+NH₃=NaHCO₃↓+NH₄Cl；
（3）反應1：CO₂+H₂O+NaCl+NH₃=NaHCO₃↓+NH₄Cl，從溶液中分離出固體，采用過濾的方法，
故答案為：過濾；
（4）經(jīng)過濾（操作 X ）、洗滌得NaHCO₃微小晶體（晶體A），從含有氯化銨和氯化鈉的濾液中結(jié)晶沉淀出氯化銨晶體，由于氯化銨在常溫下的溶解度比氯化鈉要大，低溫時的溶解度則比氯化鈉小，在低溫條件下，通入氨氣，增大NH₄⁺ 的濃度，可以使氯化銨單獨結(jié)晶沉淀析出，并向濾液中加入細粉狀的氯化鈉，使 NaHCO₃ 轉(zhuǎn)化為溶解度更大的 Na₂CO₃，提高析出的NH₄Cl，經(jīng)過濾、洗滌和干燥即得氯化銨產(chǎn)品，
故答案為：增大NH₄⁺ 的濃度，使NH₄Cl 更多地析出；使 NaHCO₃ 轉(zhuǎn)化為溶解度更大的Na₂CO₃，提高析出的NH₄Cl；
（5）加入足量的 BaCl₂溶液：發(fā)生反應：Na₂CO₃+BaCl₂=BaCO₃↓+2NaCl，Na₂CO₃～BaCO₃，根據(jù)原子守恒，通過稱量沉淀碳酸鋇的質(zhì)量，來計算樣品中純堿的質(zhì)量分數(shù)，需洗滌沉淀，除去雜質(zhì)離子，且將沉淀冷卻到室溫，恒重操作后最終得到固體 b（g）為BaCO₃，根據(jù)碳守恒，純堿的質(zhì)量分數(shù)=$\frac{106b}{197a}$×100%，
故答案為：洗滌；冷卻；恒重操作； $\frac{106b}{197a}$．

點評 本題考查了聯(lián)合制堿法，明確碳酸鈉、碳酸氫鈉、氨氣、氯化銨的性質(zhì)，掌握工藝流程和反應原理是解題關鍵，題目難度中等．